課程名稱城市軌道交通通信與信號系統(tǒng)序號授課教師授課時(shí)數(shù)2學(xué)時(shí)執(zhí)行情況授課班級授課周次第17周基本課題任務(wù)8-3：城市軌道交通通信系統(tǒng)—無線子系統(tǒng)、電源及接地系統(tǒng)課堂類別理論講授教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解無線通信的分類和方式；2.掌握無線子系統(tǒng)的功能；3.了解無線子系統(tǒng)的組成；4.掌握列車無線調(diào)度電話內(nèi)容5.了解UPS電源系統(tǒng)；6.了解通信接地系統(tǒng)。能力目標(biāo)1.具有無線子系統(tǒng)功能分析的能力；2.會(huì)軌道交通列車無線調(diào)度應(yīng)用能力；3.能說出UPS電源的結(jié)構(gòu)；4.知道通信接地系統(tǒng)的組成。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、理解能力和學(xué)習(xí)能力。教學(xué)重點(diǎn)描述城市軌道交通通無線子系統(tǒng)功能；列車調(diào)度電話；UPS電源系統(tǒng)。解決措施講授+案例教學(xué)難點(diǎn)描述城市軌道交通通無線子系統(tǒng)功能；列車調(diào)度電話；UPS電源系統(tǒng)。解決措施講授+案例教學(xué)設(shè)備設(shè)施多媒體教學(xué)設(shè)備教學(xué)方法和手段理論講授、PPT課件

教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)間分配（分鐘）組織教學(xué)清點(diǎn)學(xué)生人數(shù)、準(zhǔn)備上課材料、簡單介紹課程5復(fù)習(xí)舊課采取互動(dòng)的方式回憶電話、廣播、時(shí)鐘子系統(tǒng)的內(nèi)容，導(dǎo)入本次課程的內(nèi)容5新課教學(xué)（可加頁）知識(shí)點(diǎn)一：軌道交通無線子系統(tǒng)（一）無線通信的分類和方式軌道交通無線通信系統(tǒng)是軌道交通通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，是提高地鐵運(yùn)輸效率、保證運(yùn)營行車安全的重要手段。軌道交通無線通信系統(tǒng)主要由具有極強(qiáng)調(diào)度功能的無線集群通信子系統(tǒng)、無線尋呼引入子系統(tǒng)、蜂窩電話引入子系統(tǒng)等構(gòu)成。無線子系統(tǒng)主要用于地鐵、輕軌線的列車運(yùn)行指揮、公安治安、防災(zāi)應(yīng)急通信和設(shè)備及線路的維修施工通信。根據(jù)運(yùn)行組織、業(yè)務(wù)管理需要，其工作區(qū)域及工作性質(zhì)不同，無線通信系統(tǒng)分為以下6個(gè)無線通信作業(yè)系統(tǒng)。(1)列車無線調(diào)度系統(tǒng)供列車調(diào)度員、司機(jī)、車站值班員、停車場(車輛段)信號樓值班員之間及車站值班員與站臺(tái)值班員之間通信聯(lián)絡(luò)，滿足列車運(yùn)行需要。(2)公共治安無線系統(tǒng)供公安調(diào)度員與車站公安值班員及公安外勤人員之間通信聯(lián)絡(luò)。維護(hù)日常和災(zāi)害時(shí)的車站秩序，確保乘客旅行安全。(3)事故及防災(zāi)應(yīng)急無線系統(tǒng)，供防災(zāi)調(diào)度員、車站防災(zāi)員、現(xiàn)場指揮人員及有關(guān)人員間通信聯(lián)絡(luò)，進(jìn)行事故搶修及防災(zāi)救災(zāi)。(4)停車場調(diào)車、檢修無線系統(tǒng)，供停車場運(yùn)轉(zhuǎn)值班員、調(diào)車員、檢修員間通信聯(lián)絡(luò)，進(jìn)行列車調(diào)車與車輛站修和臨修。(5)車輛段調(diào)車、檢修無線系統(tǒng)，供車輛段運(yùn)轉(zhuǎn)值班員。調(diào)車員、檢修員間通信聯(lián)絡(luò)，進(jìn)行車輛調(diào)車、車輛月修和定修。(6)維修及施工無線系統(tǒng)，供機(jī)、工、電維修人員相互間通話聯(lián)絡(luò)，進(jìn)行線路、設(shè)備維修及施工搶修。（二）無線子系統(tǒng)的功能1.系統(tǒng)呼叫功能系統(tǒng)呼叫具有以下功能：完成調(diào)度員(固定臺(tái))與移動(dòng)臺(tái)之間的全自動(dòng)通話接續(xù)；完成移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的全自動(dòng)通話接續(xù)；完成無線用戶與PABx之間的全自動(dòng)通話接續(xù)；具有選呼及組呼功能；具有調(diào)度和重要用戶實(shí)現(xiàn)廣播及系統(tǒng)呼叫功能：具有多級優(yōu)先、遇忙排隊(duì)、自動(dòng)呼叫、自動(dòng)重發(fā)、緊急呼叫功能；具有首長呼叫及呼叫轉(zhuǎn)移功能；具有狀態(tài)呼叫功能；具有話音及長、短數(shù)據(jù)信息傳輸功能；具有開放信道呼叫功能。2.系統(tǒng)控制與管理功能系統(tǒng)控制與管理功能包括：具有控制電話呼叫及通話限時(shí)功能；調(diào)度員具有強(qiáng)拆、強(qiáng)插功能；具有集中的網(wǎng)絡(luò)管理功能；具有呼叫記錄和通話錄音處理功能；具有用戶動(dòng)態(tài)重組功能。3.系統(tǒng)診斷和可靠功能系統(tǒng)診斷和可靠功能包括：具有系統(tǒng)自診功能；具有故障告警、顯示功能；具有故障弱化功能：具有備份控制信道功能。（三）無線子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通常采用基站加露泄同軸電纜中繼方式。全線通常設(shè)一個(gè)控制中心，一個(gè)或若干個(gè)集群基站，一個(gè)無線移動(dòng)交換機(jī)，基站信道數(shù)根據(jù)用戶數(shù)及話務(wù)量大小靈活配置，動(dòng)態(tài)分配。（四）無線子系統(tǒng)設(shè)備組成1.集群調(diào)度通信系統(tǒng)，包括集群控制器、無線交換機(jī)、調(diào)度臺(tái)、基站收發(fā)信機(jī)、天饋系統(tǒng)、機(jī)車電臺(tái)、操作維護(hù)終端。2.漏纜中繼系統(tǒng)，包括光纖射頻傳輸系統(tǒng)、雙向放大器。3.無線尋呼引入系統(tǒng)，包括前端接收部分、信號處理部分、尋呼發(fā)射機(jī)、高功率線性放大器。4.蜂窩電話引入系統(tǒng)，包括高增益大功率線性放大器、高隔離雙工器及高性能合路平臺(tái)。知識(shí)點(diǎn)二：列車無線調(diào)度電話城市軌道交通的無線集群通信系統(tǒng)為控制中心調(diào)度員、車輛段調(diào)度員、車站值班員等固定用戶與列車司機(jī)、防災(zāi)、維修、公安等移動(dòng)用戶之間提供通信手段。系統(tǒng)必須滿足行車安全、應(yīng)急搶險(xiǎn)的需要，并考慮“互聯(lián)互通”的需要。目前，城軌無線集群通信系統(tǒng)均采用TETRA數(shù)字集群通信系統(tǒng)組網(wǎng)，該系統(tǒng)在保證行車安全及處理緊急突發(fā)事故方面有著不可替代的作用，同時(shí)還能為各個(gè)部門提供便利的通信手段。1.無線集群通信無線集群通信的應(yīng)用始于1970年，是一種智能化的無線頻率管理技術(shù)。通常情況下，它專門用于生產(chǎn)和運(yùn)行管理；緊急情況下，用于處理突發(fā)事件，是當(dāng)今最有效的調(diào)度指揮通信工具。集群系統(tǒng)的本質(zhì)是允許大量用戶共享少量通信信道和虛擬專網(wǎng)技術(shù)。其工作方式與移動(dòng)電話系統(tǒng)相似，由一個(gè)交換控制中心根據(jù)需要，自動(dòng)為用戶指定無線信道。2.無線集群通信的主要特點(diǎn)1)呼叫接續(xù)速度快；2)以組呼為主，同基站群組內(nèi)用戶共享下行無線頻道；3)采用按鍵講話(m)方式，進(jìn)行單工或半雙工呼叫；4)支持私密選呼與群組呼叫；5）組內(nèi)呼叫和講話時(shí)，需按住FR鍵，同組被叫不需要摘機(jī)可直接接聽。3.城軌的無線集群通信系統(tǒng)目前城軌的行車調(diào)度廣泛使用計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度(CAD)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)接收來自ATS的信息(包括車次號、機(jī)車號、位置等信息)自動(dòng)生成行車控制信息，并將CAD功能集成到行車調(diào)度臺(tái)上。無線集群通信分機(jī)間具有脫機(jī)對講功能(相當(dāng)于對講機(jī))。在司機(jī)與調(diào)度員不能正常通話的緊急情況下，利用該功能，司機(jī)可直接呼叫車站值班員，起到應(yīng)急通信的作用。該系統(tǒng)具有選呼、組呼、列車廣播、優(yōu)先呼叫、強(qiáng)拆、強(qiáng)插、調(diào)度通話錄音、后臺(tái)監(jiān)聽等功能。4.城軌無線集群通信系統(tǒng)的功能需求(1)無線通信可以為城軌內(nèi)部固定工作人員與流動(dòng)工作人員提供話音通信、短信息與分組數(shù)據(jù)通信。(3)根據(jù)業(yè)務(wù)需要，為控制中心行車調(diào)度員、環(huán)控(防災(zāi))調(diào)度員、維修調(diào)度員、公安中心調(diào)度員、車站值班員、車輛段／停車場值班員、列車司機(jī)以及各部門流動(dòng)人員之間提供無線通信手段。為車輛段／停車場值班員對段內(nèi)的流動(dòng)人員提供無線通信手段。(3)按使用部門進(jìn)行優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，當(dāng)業(yè)務(wù)信道全部占用時(shí)，優(yōu)先權(quán)級別高的呼叫可中斷優(yōu)先權(quán)級別低的通話，以保證調(diào)度作業(yè)的正常進(jìn)行，并確保緊急情況下(例如：發(fā)生火災(zāi)、恐怖事件)的指揮、調(diào)度。(4)具有緊急呼叫功能，緊急呼叫的優(yōu)先權(quán)高于所有的呼叫。(5)控制中心調(diào)度員可插入列車廣播，對列車乘客進(jìn)行選呼廣播和全呼。(6)控制中心調(diào)度員可監(jiān)聽本部門調(diào)度用戶的通話，并可以對所有通話自動(dòng)或人工錄音。(7)控制中心的無線調(diào)度核心網(wǎng)設(shè)備具有呼叫記錄功能，存儲(chǔ)主呼和被呼號碼、位置、類型、日期和時(shí)間；必要時(shí)，可打印輸出。(8)具有設(shè)備的自檢和中心檢測功能。(9)系統(tǒng)選擇800MHz工作頻段，具體頻點(diǎn)與數(shù)量需經(jīng)當(dāng)?shù)責(zé)o線電管理委員會(huì)批準(zhǔn)。(10)地面(高架)線路和地面(高架)車站、車輛段／停車場，采用基站和空間波天線完成工作區(qū)域的場強(qiáng)覆蓋；地下線路和地下車站采用基站(或直放站)和漏泄同軸電纜(或隧道天線)完成工作區(qū)域的場強(qiáng)覆蓋。(11)）整個(gè)系統(tǒng)由位于控制中心的核心網(wǎng)設(shè)備、位于車站的無線接入(基站)設(shè)備、列車臺(tái)、各部門便攜臺(tái)和傳輸通道等組成。(12)固定臺(tái)采用全雙工或半雙工工作方式。(13)在話音質(zhì)量為三級的保證條件下，邊緣覆蓋概率高。5.無線調(diào)度的通信方式在無線調(diào)度通信中，其無線終端帶有m發(fā)送講話鍵，按下PPT鍵時(shí)打開發(fā)信機(jī)關(guān)閉收信機(jī)，松開PPT鍵時(shí)關(guān)閉發(fā)信機(jī)打開收信機(jī)。可以來用單工、半雙工、全雙工三種通信方式。6.專網(wǎng)調(diào)度與集群調(diào)度(1)專網(wǎng)調(diào)度一個(gè)調(diào)度專網(wǎng)配置一組專用載頻，即使載頻空閑，其他專網(wǎng)亦不能使用。例如一條城軌線路建立了行車調(diào)度、維修調(diào)度、防災(zāi)調(diào)度、公安調(diào)度等專網(wǎng)，則各專網(wǎng)所分配的載頻不能互相通用。(2)集群調(diào)度集群調(diào)度將幾個(gè)專網(wǎng)合并，共用一組公共載頻，建立一個(gè)集群調(diào)度網(wǎng)。在集群調(diào)度網(wǎng)中各專網(wǎng)以虛擬專網(wǎng)的形式存在，各虛擬專網(wǎng)有自己的調(diào)度臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)，用戶并不感覺到其他虛擬專網(wǎng)的存在。這樣，各虛擬專網(wǎng)可以共享公共載頻資源。7.無線集群通信系統(tǒng)的集群方式集群通信系統(tǒng)的主要通信方式為調(diào)度臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間的單頻道單工或半雙工通信。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，一次典型的半雙工“調(diào)度通話”由4個(gè)半雙工傳輸組成，每個(gè)半雙工通話時(shí)間約為4s，甲、乙雙方各講話2次，共16s。加上雙方講話間3次停頓，每次2s共6s，則一次通話共占用無線信道22s時(shí)間。集群方式系指如何給集群用戶之間的一次通話分配無線信道。分為：消息集群；傳輸集群；準(zhǔn)傳輸集群。8.無線集群通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式(1)大區(qū)制在城軌通信的一條線路中，若采用大區(qū)制組網(wǎng)，可以在一個(gè)車站設(shè)置基站，全線其他車站均設(shè)置直放站。(2)中區(qū)制在城軌通信的一條線路中，若采用中區(qū)制組網(wǎng)，可以在少數(shù)幾個(gè)車站設(shè)置基站，全線其他車站均設(shè)置直放站。在城軌中，中區(qū)制基站與直放站之間，可以來用同軸漏泄電纜鏈接或利用城軌傳輸網(wǎng)鏈接。(3)小區(qū)制在城軌通信的一條線路中，若采用小區(qū)制組網(wǎng)，可以在每一個(gè)車站設(shè)置基站，非相鄰基站載頻頻率一般允許進(jìn)行空間復(fù)用，頻率資源利用率高。(4)基站間的越區(qū)切換在城軌無線集群通信系統(tǒng)中若采用小區(qū)制或中區(qū)制組網(wǎng)方案，車載臺(tái)在列車行進(jìn)過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生越區(qū)切換。9.無線通信中的多址技術(shù)無線集群通信系統(tǒng)采用多址技術(shù)，類似于有線傳輸中的多路復(fù)用技術(shù)。實(shí)現(xiàn)多址連接的理論基礎(chǔ)是信號分割技術(shù)，也就是在發(fā)送端改變信號的某些特征，使各站所發(fā)射的信號有所差異。知識(shí)點(diǎn)三：城市軌道交通通信電源及接地系統(tǒng)（一）電源系統(tǒng)通信電源系統(tǒng)必須是獨(dú)立的供電設(shè)備并具有集中監(jiān)控管理功能。通信電源系統(tǒng)應(yīng)保證對通信設(shè)備不間斷、無瞬變地供電。通信電源設(shè)備應(yīng)滿足通信設(shè)備對電源的要求。為了保證地鐵各通信系統(tǒng)正常工作，一個(gè)安全可靠的通信電源及接地系統(tǒng)必不可少。通信電源系統(tǒng)應(yīng)安全、可靠地向各通信設(shè)備不間斷地供電。1.電源系統(tǒng)組成(1)系統(tǒng)要求地鐵通信電源系統(tǒng)需要供電系統(tǒng)提供兩路安全可靠的三相五線制交流電源，控制中心、各車站(場)的通信設(shè)備均要求按一級負(fù)荷供電。(2)系統(tǒng)構(gòu)成地鐵通信電源系統(tǒng)有交流供電和直流供電2種供電方式。(3)組成方式由于目前地鐵車站各通信子系統(tǒng)的設(shè)備大多以交流供電為主，各車站僅少數(shù)設(shè)備需直流供電，且直流用電量較小，若車站再設(shè)直流供電，各站都需增加一套高頻開關(guān)電源與-48V蓄電池組。因此，從經(jīng)濟(jì)合理性考慮，各車站一般不設(shè)直流供電，由交流不間斷電源設(shè)備向各通信設(shè)備供電。對少數(shù)需直流供電的通信設(shè)備，可采用設(shè)備廠家機(jī)柜內(nèi)自帶整流器的方式解決。對于控制中心或個(gè)別直流用電量較大的站(場)，若采用設(shè)備廠家機(jī)柜內(nèi)自帶整流器的方式，從可靠性、合理性上考慮不太適宜，一般宜采用交、直流2種電源供電方式。采用交流供電的通信設(shè)備，由交流不間斷電源設(shè)備向負(fù)載供電；采用直流供電的通信設(shè)備，由直流高頻開關(guān)電源與蓄電池并聯(lián)浮充的方式供電。2.系統(tǒng)主要功能及技術(shù)指標(biāo)(1)交流配電柜交流配電柜主要用作交流電源的轉(zhuǎn)換和配電，用交流配電柜的兩路電源切換盤，可對兩路輸入電源進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)切換，有可靠的電氣聯(lián)鎖和機(jī)械聯(lián)鎖。多路負(fù)載分路對輸出電源進(jìn)行分配，輸出至各通信子系統(tǒng)設(shè)備。配電盤上應(yīng)能顯示常用電源、備用電源的三相電壓、負(fù)載電流情況。配電柜應(yīng)具有過壓、欠壓、過流、防雷和浪涌吸收保護(hù)裝置，當(dāng)電源故障時(shí)給出告警，并提供本地和遠(yuǎn)端監(jiān)控功能的通信接口或輸出信號。(2)不間斷電源設(shè)備不間斷電源設(shè)備主要由整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)和旁路開關(guān)、蓄電池組等組成。在正常供電時(shí)，不間斷電源設(shè)備能起到穩(wěn)頻穩(wěn)壓作用，并向負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池充電；當(dāng)停電時(shí)，不間斷電源設(shè)備則通過配備的一組蓄電池經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。不間斷電源設(shè)備具有手/自動(dòng)旁路功能。當(dāng)負(fù)載端發(fā)生過載以及逆變器發(fā)生損壞的情況下，不間斷電源設(shè)備將自動(dòng)無間斷地切換到電子旁路繼續(xù)供應(yīng)負(fù)載;當(dāng)不間斷電源設(shè)備內(nèi)部的電子部件損壞維修時(shí)，為了不影響對負(fù)載的供電，可人為將不間斷電源設(shè)備切換到手動(dòng)旁路。不間斷電源設(shè)備能顯示工作狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)，并提供本地和遠(yuǎn)端監(jiān)控功能的通信接口。(3)直流高頻開關(guān)電源直流高頻開關(guān)電源由整流模塊、監(jiān)控模塊、直流配電單元等組成。直流高頻開關(guān)電源的交流電源由交流配電屏引入，輸出可靠的48V直流電源至相關(guān)的通信設(shè)備。當(dāng)正常供電時(shí)，整流器一方面給通信設(shè)備供電，一方面又給蓄電池充電;當(dāng)停電時(shí)，直流高頻開關(guān)電源則通過配備的蓄電池組向負(fù)載供電。整流模塊采用N+1備用。直流高頻開關(guān)電源應(yīng)有過壓、過流保護(hù)，防雷和輸出端浪涌吸收裝置，故障時(shí)有告警功能，并提供本地和遠(yuǎn)端監(jiān)控功能的通信接口。(4)免維護(hù)閥控式全密封鉛酸蓄電池主要技術(shù)指標(biāo)如下：均衡充電單體電壓2.30~2.35V；浮充電單體電壓2.23~2.27V；端電壓的均衡性由若干個(gè)單體組成一體的蓄電池，其各單體間的開路電壓最高與最低差值≤20mV。3.電源監(jiān)控系統(tǒng)鑒于通信電源的重要性，對其進(jìn)行監(jiān)控已成為提高電源系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)安全供電和維護(hù)管理的一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。通信電源系統(tǒng)的各電源設(shè)備應(yīng)配備具有監(jiān)控性能和接口的監(jiān)控單元，各站(場)的監(jiān)控信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集器采集，通過以太網(wǎng)通信接口經(jīng)傳輸系統(tǒng)送至控制中心。在控制中心的網(wǎng)管中心設(shè)置一套通信電源監(jiān)控系統(tǒng)，對全線各站、停車場的通信電源設(shè)備進(jìn)行遙控、遙信、遙測，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，實(shí)現(xiàn)對UPS、交流配電柜、直流高頻